AS | 清华唐军旺院士团队：Pd单原子协同Pd团簇在TiO2{101}晶面实现室温光催化甲烷无氧偶联

该研究针对甲烷无氧偶联（NOCM）反应热力学不利、传统TiO2催化剂因晶格氧参与导致产物过度氧化与结构不稳定的核心问题展开。研究目的旨在设计一种兼具高活性、高选择性与高稳定性的光催化剂，以实现室温条件下甲烷直接高效转化为乙烷和氢气。清华大学唐军旺教授团队开发了暴露{101}晶面并修饰Pd单原子与Pd团簇的TiO2光催化剂。在365 nm光照和流动反应器条件下，该催化剂以CH4为唯一反应物，C2H6产率达到600 μmol·h-1·g-1，选择性接近100%，并伴随化学计量比H2生成。连续运行30小时后性能无明显衰减，最长可稳定运行50小时，转化数（TON）高达106，性能大幅超越同类NOCM光催化体系。机理研究表明，{101}晶面与Pd单原子/团簇的协同作用有效促进了电荷分离，并抑制了晶格氧的过度参与，从而实现了高活性与高稳定性的统一，为设计高性能甲烷转化光催化剂提供了新思路。